Sulla punta delle “dita” il sistema di allarme che aiuta le piante a sopravvivere

Una ricerca tedesca chiarisce il ruolo degli stromuli delle piante, i sottili prolungamenti dei cloroplasti che trasmettono segnali di stress al nucleo della cellula e attivano le difese contro caldo, siccità e salinità

di Matteo Cavallito

Per affrontare le ondate di calore, la siccità e la crescente salinizzazione dei suoli le piante non possono ovviamente spostarsi per cercare condizioni migliori. La loro sopravvivenza, di conseguenza, dipende dalla capacità di agire rapidamente mettendo in moto efficaci meccanismi di difesa. Le dinamiche che caratterizzano questi ultimi, tuttavia, sono sempre state considerate un autentico mistero. Almeno fino a oggi.

A gettare luce sul fenomeno, infatti, è un nuovo studio del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) che ha finalmente chiarito il ruolo di un particolare sistema di comunicazione cellulare che coinvolge i cloroplasti, gli organelli responsabili della fotosintesi che, in condizioni di stress, sviluppano sottili prolungamenti tubolari chiamati stromuli. Ovvero quelle peculiari strutture simili a vere e proprie “dita” che sono utilizzate dalla pianta stessa per inviare segnali al nucleo e attivare programmi genetici capaci di limitare i danni provocati dalle condizioni ambientali avverse.

Il sistema di comunicazione cellulare delle piante

Osservati già nel XIX secolo, gli stromuli hanno attirato nel tempo l’attenzione degli scienziati che sul loro funzionamento avevano elaborato negli anni due possibili ipotesi. “Gli stromuli potrebbero convogliare il flusso metabolico dai plastidi ai perossisomi durante la biosintesi dei jasmonati”, spiega lo studio pubblicato sulla rivista Plant Physiology, “oppure potrebbero fungere da canali per la segnalazione retrograda tra plastidi e nucleo“. Per giungere a una conclusione gli autori hanno messo in campo cellule di tabacco, marcatori fluorescenti, microscopia confocale e strumenti di analisi delle immagini basati sull’intelligenza artificiale.

Ebbene: nel corso dell’indagine i ricercatori hanno potuto osservare come questi prolungamenti costituiscano effettivamente una via di comunicazione tra cloroplasti e nucleo, avvalorando così la seconda interpretazione.

Quando la pianta è sottoposta a stress, quindi, i cloroplasti reagiscono formando questi sottili prolungamenti che trasmettono un segnale al nucleo, il centro di controllo della cellula. In questo modo, sottolinea in una nota Peter Nick, professore dell’Istituto di Botanica del KIT e co-autore dello studio, “alcuni geni vengono attivati o disattivati, innescando programmi di protezione che sostengono le aree danneggiate”.

Una risposta rapida e dinamica agli stimoli di stress

Per verificare come reagiscono i cloroplasti, i ricercatori hanno esposto le cellule al metil-jasmonato (MeJA), una sostanza utilizzata nei laboratori per simulare lo stato di allarme che una pianta sperimenta durante una siccità, un’ondata di calore o l’attacco di un patogeno. In queste condizioni il numero degli stromuli aumentava rapidamente. Anche il trattamento con acido salicilico (SA), un’altra molecola coinvolta nelle difese delle piante, produceva lo stesso effetto.

“Il metil-jasmonato (MeJA) e l’acido salicilico (SA) somministrati dall’esterno hanno entrambi provocato un rapido (circa 60 minuti) aumento di circa tre volte della frequenza degli stromuli”, spiega lo studio sottolineando come l’aumento non fosse dovuto al semplice allungamento degli stromuli già presenti quanto, soprattutto, alla formazione di nuovi prolungamenti.

Questo risultato suggerisce che gli stromuli rappresentino una risposta rapida e dinamica agli stimoli di stress. In pratica, quando la pianta percepisce una situazione di pericolo, i cloroplasti sembrano reagire formando queste sottili estensioni che, da parte loro, contribuiscono ad attivare e coordinare i meccanismi di difesa della cellula. Lo studio, infine, ha dimostrato che gli stromuli agiscono come regolatori dell’espressione dei geni dipendenti dai jasmonati, coordinando quindi l’attivazione dei geni che permettono alla pianta di difendersi. Essi, in altre parole, non si limitano a trasmettere il segnale di allarme ma ne regolano anche l’intensità.

Colture più resistenti per l’agricoltura del futuro

La scoperta assume particolare rilievo in un contesto di cambiamenti climatici che espongono sempre più frequentemente le colture a temperature estreme e scarsità idrica. “Abbiamo dimostrato che questo meccanismo di allarme può essere modulato in modo mirato e abbiamo identificato fattori molecolari che accelerano la formazione di queste ‘dita’ e le rendono più efficienti”, spiega ancora Nick. Per questo, nel lungo periodo, “si apriranno nuove opportunità per l’agricoltura basate sull’identificazione di varietà vegetali selvatiche particolarmente resistenti agli stress”.

L’idea, insomma, è che conoscendo le dinamiche che incidono sulla formazione di queste strutture sia possibile aprire la strada alla selezione di varietà vegetali naturalmente più resistenti oppure allo sviluppo di nuove colture in grado di affrontare meglio il cambiamento climatico ma non solo. “Forse in futuro queste caratteristiche potranno essere trasferite alle colture per proteggerle meglio dal caldo, dalla siccità o dalla salinità dei suoli”, conclude Nick.